LED照明中的高效率LED照明灯设计

一般的LED照明灯在驱动电路中都有限流电阻，而电阻消耗的电能与LED发光无关。为了提高效率，就要采用恒流输出的开关稳压电源，并在输出级采用功率MOSFET. 　　图1是这种驱动电路的方框图，它省略了传统电路的三角波发生器和误差放大器，而使用了CM0S逻辑IC和PWM调制器。当时钟CLK信号为低电平时，RS触发器处于复位状态，输出FET关断。而当CLK信号为高电平时，输出FET导通。其电流被电阻Rs转换成电压，当此电压高于基准电压Vref时，比较器输出由高变低，RS触发器又被复位，输出FET再关断。其结果，即使电源电压有变化，储存在电感中的能量却是恒定的。实现了恒功率输出。这里是把Rs上的电压 LED照明技术的发展不断推动着照明效率的提升，尤其是在高效率LED照明灯设计方面。传统的LED照明灯往往在驱动电路中采用限流电阻来控制电流，然而这种方法存在能源浪费的问题，因为电阻会消耗一部分电能而这些电能并不用于LED发光。为了克服这一问题，高效的LED照明设计通常采用恒流输出的开关稳压电源，并在输出级应用功率MOSFET，以实现更高效的能量转换。 开关稳压电源的设计关键在于恒流控制，这可以通过PWM（脉宽调制）技术来实现。如图1所示的驱动电路方框图，电路省去了常规的三角波发生器和误差放大器，转而采用CMOS逻辑IC和PWM调制器。在这样的设计中，时钟CLK信号的高低电平决定了RS触发器的状态，进而控制输出FET的开关状态。当CLK信号为高时，输出FET导通，电流通过电阻Rs，将其转换为电压。当这个电压超过基准电压Vref时，比较器的输出会变化，导致RS触发器复位，输出FET关闭。这样，即使电源电压有所波动，电感中储存的能量仍能保持恒定，确保了恒功率输出。 在电路中，Rs上的电压降用作三角波电压，通过PWM比较器与基准电压进行比较，起到了类似误差放大器的功能。实际电路如图2所示，采用分立元件构建，特别关注PWM比较器和倍压脉冲输出电路的设计。PWM比较器由与非门IC2a和模拟开关IC3组成，形成斩波比较器，其工作状态在“预充电”和“比较”之间切换。预充电状态时，电容C5由基准电压Vref充电，而比较状态时，输入电压会改变C5上的电压，与阈值电压进行比较，产生高电平或低电平输出。 倍压脉冲输出电路则是为了生成高于电源电压的脉冲，通过特定的电容充电和放电过程，可以在反相器输出端得到2倍于电源电压的电压。例如，当输入为低电平时，C7充电，输出为0V；而当输入为高电平时，Voc与电容电压串联，使得反相器输出端电压达到2Vcc。 此外，电路中还包含了一个555时基电路（IC1），可以生成时钟脉冲，通过亮度调节开关51调整C2的充电电压，从而选择不同的工作频率（如11.4kHz和965Hz），以改变时钟频率，进而调整LED的亮度。整个输出电路与PWM比较器直接相连，而在不点亮LED时，功耗仅为10uA。输出端连接了35只白光二极管，这些二极管按照五组串并联的方式布置，以实现更均匀的光照效果。 高效率LED照明灯设计的核心在于利用开关稳压技术和PWM控制实现精确的电流控制，减少无效能耗，同时通过频率调整实现亮度控制，提高了整体的能效比和用户体验。这样的设计不仅节约能源，而且提供了稳定的照明效果，是现代LED照明系统中不可或缺的技术。